А.А. Касьяненко
Современные методы оценки рисков в экологии
Учебное пособие. – М.: Изд-во РУДН 2008. – 271 с.
Глава 3. Качество окружающей среды
3.3. Качество воздушной среды
3.3.4. Нормирование загрязнения атмосферного воздуха
В
качестве основных критериев опасности загрязнения воздуха и для целей
нормирования загрязнения обычно используют предельно допустимые концентрации
(ПДК) или соответствующие им стандарты качества воздуха, являющиеся санитарными
нормами.
Концентрация предельно допустимая (ПДК) – норматив – количество вредного вещества в окружающей среде, при постоянном контакте или при воздействии за определённый промежуток времени практически не
влияющее на здоровье
человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у eгo потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и др.) (Руководство…,
2004).
В
нормативных документах России используют три вида ПДК: среднесуточную,
максимальную разовую и среднегодовую. Определение
величины ПДК основано на токсикологических характеристиках химических
веществ и понятиях токсичности.
Среднесуточная
предельно допустимая концентрация ПДКсс – это такая концентрация вредного вещества в воздухе,
которая не оказывает влияния на здоровье человека и его потомство при
неограниченно длительном воздействии.
Степень загрязнения воздуха
веществами разных классов опасности определяется «приведением» их концентраций,
нормированных по ПДК, к концентрациям веществ 3-го класса опасности
согласно формулы (3.7) (Критерии …, 1992):
К3кл = Кjn ,
(3.7)
где n
– коэффициент изоэффективности, j – класс опасности (n=2.3 для j=1;
n=1.3 для j=2; n=0.87 для j=4).
При
величинах, нормированных по ПДК, концентраций выше 2,5 для 1-го
класса, выше 5 для 2-го класса, выше 8 для 3-го класса и выше 11 для 4-го
класса «приведение» к 3-му классу осуществляется путём умножения значений,
нормированных по ПДК концентраций, соответственно на 3,2; 1,6; 1 и 0,7.
Если атмосферный воздух загрязнён веществами,
относящимися к разным классам опасности, производится расчёт комплексного
показателя Р.
Расчёт комплексного
показателя Р проводится по формуле (3.8):
(3.8)
где
корень квадратный из суммы квадратов, нормированных по ПДК
концентраций, приведённых к таковым концентрациям веществ 3-го класса, i –
номер вещества.
Максимальная
разовая ПДКмр – это
такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не вызывает заметного
раздражения при воздействии на человека в течение 20 – 30 мин.
Среднегодовые
концентрации загрязняющих веществ
в атмосферном воздухе рассчитывают согласно ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана
природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населённых мест» или
используют данные «Ежегодников о состоянии загрязнения воздуха городов и
промышленных центров» за несколько лет, но не менее двух.
Степень загрязнения воздуха
рассчитывается с учётом кратности превышения среднегодового ПДК веществ,
их класса опасности, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня,
количества веществ, одновременно присутствующих в воздухе, и коэффициента их
комбинированного действия.
Среднегодовые значения ПДКсг выражаются через
значения среднесуточного ПДКСС путём умножения
среднесуточной на некоторый коэффициент «а» (ф.3.9):
ПДКсг
= а∙ ПДКСС. (3.9)
Значение
коэффициента a для различных веществ приведены в табл. 3.12.
Таблица 3.12
Значение коэффициентов а
для различных веществ
Вещества
|
Коэффициент “а”
|
Аммиак, азота оксид, азота диоксид, бензол,
бенз/а/пирен, марганца диоксид, озон, серы диоксид, сероуглерод, синтетические
жирные кислоты, фенол, формальдегид, хлоропрен
|
1
|
Трихлорэтилен
|
0,4
|
Амины, анилин, взвешенные вещества (пыль), углерода
оксид, хлор
|
0,34
|
Сажа, серная кислота, фосфорный ангидрид, фториды
(твердые)
|
0,3
|
Ацетальдегид, ацетон, диэтиламин, толуол, фтористый
водород, хлористый водород, этилбензол
|
0,2
|
Акролеин
|
0,1
|
Помимо этого для санитарной оценки воздушной среды
может использоваться показатель ВДКрз – временно допустимая
концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны (временный отраслевой
норматив, действующий 2-3 года).
При
наличии n загрязняющих веществ
соответственно с концентрациями Q и предельно допустимыми концентрациями ПДКi (i
= 1, 2, …, n) требуется, чтобы выполнялось соотношение (ф. 3.10)
По
=. (3.10)
Это соотношение является показателем опасности
химического загрязнения. Считается, что при По=1 опасности
для здоровья не существует и чем эта величина меньше единицы, тем меньше
опасность.
При наличии нескольких измерений по какому-либо
загрязнителю за определённый период времени (например, за 20 мин или за сутки) для этого загрязнителя рассчитывают стандартный индекс или стандартный
приведённый индекс – СП (ф. 3.11):
,
(3.11)
где Cimax – максимальная из измеренных за
20 мин (сутки) значений концентрации. мг/м3; CПДКi – среднесуточное значение ПДК
в атмосферном воздухе для данного i–того соединения.
Для
комплексной оценки уровня химического загрязнения атмосферы используют
комплексный индекс среднегодового загрязнения атмосферы (КИЗА), который
позволяет учитывать вклад в загрязнение нескольких веществ и представить
загрязнение одним числом (Муравьев А.Г., 2000). При этом учитывается класс
опасности вещества, при чём его фактическая среднегодовая концентрация
приводится к степени загрязнения воздуха диоксидом серы, исчисляясь в долях ПДК
диоксида серы.
Приведение
загрязнения воздуха токсикантами к
концентрациям диоксида серы обусловлено несколькими причинами. Во-первых,
диоксид серы является одним из наиболее распространённых повсеместно химических
загрязнителей, приводящих к существенному увеличению заболеваемости людей, в
частности заболеваний верхних дыхательных путей. Во-вторых, диоксид серы
обладает выраженной токсичностью по отношению к растительности. Он наносит
значительный ущерб растительным объектам и подрывает ресурс биосферы.
В-третьих, он обладает сильной коррозионной способностью, разрушает металлы,
памятники культуры из мрамора.
В
России КИЗА используют для обобщения данных мониторинга.
КИЗА
вычисляют по формуле(3.12):
,
(3.12)
где qi –
средняя концентрация i–го химического поллютанта; ПДКcci среднесуточная
предельно допустимая концентрация; n – число вредных веществ, учитываемых при вычислении КИЗА;
ci – безразмерная
константа приведения степени вредности вещества к степени вредности диоксида
серы. В зависимости от степени опасности (1, 2, 3, 4) значения ci принимаются
соответственно равными 1.7; 1,3; 1,0; 0,9.
Для
обеспечения возможности сопоставления данных о загрязнении атмосферы в
различных городах КИЗА рассчитывают для одних и тех же веществ. Обычно
выбирают 4-5 веществ, которые вносят основной вклад в загрязнение атмосферы. В
России принято определять КИЗА для 5-ти веществ. К числу наиболее
распространённых загрязнителей для большинства городов и регионов России, а
также других стран мира относят: диоксид серы, взвешенные вещества, оксиды
азота, бенз(а)пирен, озон, формальдегид, фенол, свинец и др.
В
табл. 3.13 приведены максимальные разовые и среднесуточные ПДК для ряда
веществ.
Таблица 3.13
Значения среднесуточных и
максимальных разовых ПДКмр (мг/м3)
Вещество
|
Класс вредности
|
Максимальная разовая ПДКмр
(мг/м3)
|
Среднесуточная
ПДКСС (мг/м3)
|
Азота диоксид
|
2
|
0,85
|
0,04
|
Азота оксид
|
3
|
0,085
|
0,004
|
Азотная кислота
|
|
0,4
|
0,4
|
Аммиак
|
4
|
0,2
|
0,2
|
Ацетон
|
–
|
0,35
|
0,35
|
Бензин
|
–
|
5
|
1,5
|
Бенз(а)пирен
|
1
|
–
|
0,000001
|
Карбофос
|
|
0,015
|
–
|
Марганца оксид
|
2
|
0,01
|
0,001
|
Медь
|
2
|
–
|
0,002
|
Метилмеркаптан
|
2
|
9∙10-6
|
–
|
Мышьяк
|
2
|
0.003
|
0,003
|
Никель
|
2
|
–
|
0,001
|
Пыль нетоксичная
|
3
|
0,5
|
0,15
|
Ртуть металлическая
|
1
|
–
|
0,0003
|
Сажа (копоть)
|
3
|
0,15
|
0,05
|
Свинец и его соединения
|
1
|
–
|
0,0003
|
Серная кислота
|
2
|
0,3
|
0,1
|
Серы диоксид
|
3
|
0,5
|
0,05
|
Сероводород
|
2
|
0,08
|
0,008
|
Сероуглерод
|
2
|
0,03
|
0,005
|
Соляная кислота
|
|
0,2
|
0,2
|
Углерода оксид
|
4
|
3
|
1
|
Уксусная кислота
|
–
|
0,2
|
0,06
|
Фенол
|
2
|
0,01
|
0,003
|
Формальдегид
|
2
|
0,02
|
0,003
|
Фтористый водород
|
2
|
0,02
|
0,005
|
Фосфора оксид
|
–
|
0,15
|
0,005
|
Хлор
|
–
|
0,1
|
0,1
|
Хлорофос
|
–
|
0,04
|
0,02
|
Хрома оксид
|
1
|
0,0015
|
0,0015
|
Цинк
|
3
|
–
|
0,05
|
Следует заметить, что пыль разных
производств имеет различные ПДК, см. табл. 3.14 (Орлов А.С., 2002).
Таблица 3.14
Значения
среднесуточных и максимальных разовых ПДКмр (мг/м3)
Техническая пыль
|
ПДКрз
(мг/м3)
|
Техническая пыль
|
ПДКрз
(мг/м3)
|
Лубяная
|
2
|
Растительного и животного
происхождения (хлопчатобумажная, мучная, зерновая, древесная, шерстяная и др.
содержащая до 10% SiO2
|
4
|
Льняная
|
2
|
То же с содержанием SiO2 более 10%
|
2
|
Люминала и кофеина
|
1
|
Хлопкоочистительных заводов,
содержащая до 10% свободного SiO2
|
4
|
Нефтяного и пекового кокса
|
6
|
То же с содержанием SiO2 более 10%
|
2
|
Полипропилена
|
8
|
–
|
–
|
Фторопласта
|
10
|
–
|
–
|
Полиформальдегида
|
6
|
–
|
–
|
Полиэтилена
|
8
|
–
|
–
|
Очистки зерна
|
900
|
–
|
–
|
Сравнивая приведённые в табл. 3.13 данные, можно
заметить, что максимальные разовые ПДКмр, как правило,
больше, чем ПДК длительного воздействия, однако для ряда веществ они
совпадают.
Наряду с
ПДК важной характеристикой загрязнения в отношении загрязняющих веществ
является её ассимиляционная ёмкость.
Ассимиляционная
ёмкость объекта окружающей среды –
это максимальное количество загрязняющего вещества, которое может бать за
единицу времени накоплено, разрушено, трансформировано и выведено за пределы
экосистемы в результате процессов самоочищения без нарушения её нормального
функционирования.
Для
повышения надёжности оценки результатов измерений и исключения случайных
величин, используется статистическая обработка материала, позволяющая с учётом
вариаций концентраций получить то её значение, которое в 95% случаев будет на
уровне или ниже расчетной концентрации (С95). Кратность
превышения (К) рассчитывается путём деления С95 на
максимальную разовую ПДК (PDK) (ф. 3.13):
(3.13)
В случае присутствия в атмосферном воздухе веществ,
обладающих эффектом суммирования биологического действия, рассчитывается
приведённая к одному из суммирующихся веществ концентрация (С95пр.)
по формуле (3.14):
= (3.14)
Оценка
степени загрязнения атмосферного воздуха для комбинации суммирующих веществ
ведется по приведённой концентрации. Рекомендуется приводить сумму таких
веществ к веществу, обладающему менее благоприятным классом опасности.
|